基于新疆CORS的网络RTK定位精度分析与研究

基于新疆CORS的网络RTK定位精度分析与研究

胡,涛

（中国石化西北油田分公司油田工程服务中心）

摘要：中石化西北油田分公司塔河油田位于塔克拉玛干沙漠北部边缘，一直以来油田井位勘定作业采用的是传统的RTK作业方法，而网络RTK作业不需要在测量控制点架设基准站，只要是在CORS信号覆盖的区域，有移动通信网络信号即可实施，与传统的RTK作业方法相比，可以减少50%的人员、车辆和仪器的使用成本，能极大的提高井位勘定效率。本文以新疆CORS为基准，测量分析了网络RTK技术的定位精度，为网络RTK技术的进一步推广使用提供了实践依据。

关键词：网络RTK；CORS；精度分析；内符合精度；外符合精度

0.引言

RTK技术即实时动态测量技术，是全球卫星导航定位技术与数据通信技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果【1】。

RTK技术的关键在于利用了基准站和流动站之间观测误差的空间相关性，基准站采集的载波相位及基准站坐标等信息，通过数据链发给流动站接收机，实时进行GPS载波相位观测量差分和坐标解算，消除了流动站观测数据中的绝大部分误差，从而实现分米级甚至厘米级精度的定位【2】。该技术的出现为工程测量、地形测图及各种控制测量带来了变革，极大地提高了外业测量的作业效率。

然而一直以来，传统的RTK技术主要在测量控制点架设基准站，通过数据传输电台发送基准站改正数据给流动站，从而实现测量和定位。该技术在应用中遇到的最大问题，就是基准站校正数据的有效改正距离问题。根据GBT 50537-2009 油气田工程测量规范和实际作业要求，一般情况下RTK技术定位的距离不超过10 km，特殊情况下可延长至15 km【3】。随着基准站和流动站距离的增加GPS误差的空间相关性而逐渐失去线性，经过差分处理后的流动站数据仍然含有较大的误差，从而导致定位精度的降低和载波相位整周未知数【4】的无法固定或解算，加之该作业方法投入人员和仪器设备较多，操作过程繁杂，从而极大地限制了传统RTK技术的使用。

近年来，随着移动通信技术的快速发展，国家对基础设施的不断投入，移动通信基础设施日益完善，网络RTK的应用得到了快速的发展。然而该技术的定位精度与传统RTK相比究竟如何，是一个值得研究探讨的问题。

1.网络RTK的定位原理

网络RTK指在一定区域内建立多个基准站，对该地区构成网状覆盖，并进行连续跟踪观测，通过这些站点组成卫星观测值的网络解算，获取覆盖该地区和某时间段的RTK改正参数，用于该区域内RTK用户进行实时RTK改正的定位方式。该技术只需要一台卫星定位接收机和授权的CORS站账号及具备联网功能的手簿控制器，实时接收通过移动通信网络传输的CORS站改正信息，即可实现单机定位，操作极为简单、高效。网络RTK距离CORS站的有效作业半径一般为60至80公里，远远大于传统RTK技术只有十几公里距离的作业半径，极大地提高了网络RTK的作业范围和作业效率。

2.网络RTK定位精度检核方法

网络RTK定位精度检核，采用了在已知准确坐标的测量控制点上，架设高精度仪器，运用网络RTK定位技术，实际测量该控制点的坐标，将测量的若干组坐标经过内业数据处理和精度分析，并与已知坐标比对，以确定网络RTK定位的内符合精度和外符合精度，并给出精度评价。本次检核以新疆CORS作为网络RTK的检核对象，具体检核步骤如下：

1)选取测量控制点。为使检核具有代表性和精准性，选取的点位不仅应具有较高的精度，还应满足CORS站信号覆盖，具有较好的移动网络通信条件，以便于进行网络RTK作业。因此，本次检核选取了位于塔河油田周围方圆200公里范围内的3个C级测量控制点，该C级测量控制点位于同一测量控制网内，点位按照国家C级控制点的建设标准埋设，采用传统的GPS静态相对定位原理，按照C级网观测要求，进行外业数据观测、内业数据处理平差，得到最终的成果。控制点经过现场踏勘和检核，点位完好，成果经过验收和多次检核，成果准确可靠。选取的点位移动通信条件良好，新疆CORS信号均已覆盖，网络RTK均能正常作业。由于静态相对定位精度可以达到毫米级，远高于网络RTK的定位精度，因此，可以将该点位的已知成果坐标看作是该控制点的真值。

2)外业数据采集。采用基于新疆CORS的网络RTK定位技术，选定3个已知控制点XBC022、XBC025、XBC026，分别在每个控制点上精准对中整平仪器，准确量取天线高。启动接收机，接收CORS站信号，初始化固定后，采集数据25组，为削弱对中整平误差，再重新对中整平初始化3次，每次采集数据25组，每个控制点共采集数据100组。

3)内业数据统计分析。本文以标准差作为内符合精度的衡量指标【5】，以平均值与已知值的较差作为外符合精度的衡量指标，将采集的三个点的CGCS2000坐标数据整理出来，求取平均值，计算标准差，分析置信区间。具体见表1。

3.网络RTK定位精度分析

通过对网络RTK测量的3个已知控制点XBC025、XBC022、XBC026各100组数据的数理统计分析，结果表明，在95%置信度水平下，北坐标标准差最大8mm，东坐标标准差最大5mm，大地高程标准差最大14mm，大地高程精度比平面精度稍差，与卫星定位高程精度本来就弱于平面精度的原理相符。这表明网络RTK测量内符合精度较高。

将网络RTK测量的3个控制点坐标平均值与已知坐标对比，北坐标和东坐标较差最大均为14mm，大地高程较差最大为17mm，三维较差最大23mm。这表明网络RTK测量具有较高的外符合测量精度。具体见表2。

4.结论

实际测量验证表明，网络RTK在固定解情况下，可以达到1厘米左右的测量精度，绝对定位误差在2厘米左右，与传统RTK的测量精度相当，具有很高的内符合精度和外符合精度，可靠性较高，完全可以满足油田井位勘定测量的需要，且操作简单，作业效率高，减少了在测量控制点架设基准站的作业环节，可以极大提高作业效率。

中国石化西北油田分公司主力油田塔河油田的移动通信通信网络和CORS站已全部覆盖，可以在井位勘测、石油物探测量、征地坐标采集等油田基础测绘工作中，全面推广使用，以提高作业效率，降低施工成本。

参考文献

[1]胡涛.基于GPS RTK技术钻前工程征地坐标快速推算方法[J].科技资讯,2019,17(21):21+23.

[2]胡涛.长距离GPS RTK测量的精度检核方法与实例[J].全球定位系统,2018,43(03):67-69.

[3]GB/T 50537-2009, 油气田工程测量规范[S].

[4]张勤、李家权.GPS测量原理及应用[M].北京：科学出版社，2011：183-219.

[5] 胡涛.基于数理统计学的手持GPS测量精度测定[J].全球定位系统,2017,42(03):87-89.